Данная статья посвящена использованию люминесцентных материалов в декоративной сфере.
В моем городе стилистическому оформлению домов, улиц, районов уделяется недостаточное внимание, из-за чего внешний вид города не выделяется относительно других прекрасных городов нашей необъятной страны.
Но почему именно люминесцентные материалы должны служить одним из приоритетных в преображении города? Потому что такие материалы выделяются своим ярким и захватывающим цветом, а также используются в больших городах нашей страны уже сегодня.
Цель статьи — выяснить, является ли использование люминесцентных материалов выгодным по сравнению с альтернативными методами оформления, и оформить интернет-статью, посвященную исследованию.
Задачи:
- Изучить понятие люминесценции и какие материалы являются люминесцентными
- Выяснить плюсы и минусы использования люминесцентных материалов в декоративной сфере
- Определить эффективность или неэффективность материалов по сравнению с другими декоративными материалами
Сначала необходимо дать понятие слову «люминесценция», чтобы определить какие материалы имеют это свойство. Д. А. Кульгин определяет: «Люминесценция — это ряд явлений лучеиспускания, резко отклоняющихся от законов термодинамического излучения, когда вещества начинают испускать свет при поглощении энергии». Исходя из описанного, главное свойство люминесценции является излучение света при поглощении энергии. Также Кульгин отмечает разновидности люминесценции: триболюминесценция, термолюминесценция, фотолюминесценция, хемилюминесценция, электролюминесценция, радиолюминесценция, сенсибилизированная люминесценция, сонолюминесценция, биолюминесценция. Все вышеперечисленные виды проявляются при определенных обстоятельствах, как например, триболюминесценция активируется физическим воздействием тел.
Сначала стоит ввести понятие. Люминофоры — твёрдые и жидкие вещества, способные люминесцировать под действием различного рода возбуждений. В основном используются фото-, электролюминесценция ввиду дешевизны производства и простоты возбуждения. Таким образом, в моем исследовании будут рассмотрены материалы с данными видами люминесценции.
Рассмотрим каждый вид отдельно чтобы узнать особые условия для активации свечения, примеры соединений или условия хранения.
Фотолюминесценция — это свечение, вызванное чаще всего отсутствием света. Сайт компании “Люминофор-Синтез” выделяет несколько подтипов данного явления: “видимым (дневным) светом (наблюдается самостоятельное длительное послесвечение в условиях отсутствия любого излучения, т.е. в условиях темноты), ультрафиолетовым (УФ) светом (постоянное свечение в видимом диапазоне наблюдается, пока действует источник ультрафиолетового света), инфракрасным (ИК) излучением (фотолюминесцентное свечение в видимом диапазоне наблюдается пока действует источник инфракрасного излучения — например светодиода от дистанционного телевизионного пульта“. Исходя из вышесказанного, люминофоры могут быть использованы в темном помещении или при специальном освещении.
“Электролюминесценция — это явление свечения, которое происходит при пропускании электрического тока через материалы, обладающие способностью светиться при подобных условиях”. Такое определение дает нам сайт производителей люминофоров “Люминофор-Синтез”. Значит, для активации свечения необходимо наличие электрического тока, преобразуя электрическую энергию в световую. Также при увеличении напряжения увеличивается интенсивность свечения. Компания предлагает светящиеся люминофоры (в основном это люминесцентные лампы) разнообразных цветов [11]. Таким образом, свет появляется вследствие влияние электрического тока на минерал и может использоваться в декоративной среде.
Помимо классификации по способу возбуждения реакции, существует классификация по длительности свечения. Таких классов два: флюоресцентная и фосфоресцентная. Флюоресцентная люминесценция — это быстрое (2 фазы для активации) излучение света, которая характеризуется практически мгновенной отдачей энергии. Фосфоресцентная люминесценция — это медленное (3 фазы для активации) излучение света, характеризующаяся переходом электрона в промежуточное состояние на время до нескольких часов, что даже позволяет светиться материалу при присутствии света (в случае с фотолюминесценцией).
Таким образом, дано понятие люминесценции, определены их типы и свойства. Исходя из выше представленной информации, мы можем понять механизм свечения, “триггеры” свечения и их продолжительность, что, несомненно, будет важно для дальнейшей реализации в строительном деле.
Необходимо изучить соединения люминофоров, которые имеют вышеописанные типы люминесценции, чтобы выяснить свойства материала для определения положительных и отрицательных сторон.
Наиболее распространенные люминофоры — электро- и фотолюминофоры имеют сложный состав, который включает в себя несколько основных элементов: алюминат стронция, активированный европием, диспрозием, иттрием. Данные материалы добавляют в процентное соотношении с бесцветным лаком, чтобы эффект сохранялся на длительное время. В зависимости от необходимого эффекта люминесценции процентное соотношение химических элементов варьируется от 5% до 50%. Из этого можно сделать вывод, что производство люминофора может быть удешевлено, но при этом потеряет в эффекте люминесценции. Следует разобрать состав каждого элемента отдельно.
Основным элементом люминофоров является алюминат стронция (SrAl2O4) — неорганическое соединение, представляет собой порошок серебристого цвета, не имеющий запаха и не растворимый в воде, который полностью безопасно для нанесения на кожу. При взаимодействии с европием и диспрозием вызывает свечение до 10 часов при средних (520 нм) кристаллах. Данные кристаллы выделяют больше энергии, чем аналоги, основанные на сульфате цинка (ZnS). Таким образом, состав выделяет значительно больше энергии, нежели аналоги, за то же напряжение.
Другим важным элементом является европий (Eu). Это элемент таблицы Менделеева третьей группы шестого периода с атомным номером 63, лантаноид. В природе встречается в виде мягкого серебристо-белого цвета, легко окисляющегося на воздухе. Имеет высокую термоустойчивость (tплавл = 826°C) и является реагентом в реакции, в результате которой появляется свечение. Таким образом, европий выдерживает высокую температуру, что позволяет установить высокую термостабильность - среднюю температуру, при которой вещество стабильно.
Не менее важным элементом является диспрозий (Dy). Химический элемент таблицы Менделеева третьей группы шестого периода с атомным номером 66, лантаноид. В чистом виде не встречается, только входит в состав некоторых минералов. Выглядит как серебристо-серый металл. Устойчив при температуре не выше 1384°С. Также принимает участие в реакции свечения. Таким образом, устойчивость к высокой температуре очевидно положительная сторона элемента.
Последним материалом является иттрий (Y). 39-й элемент таблицы Менделеева, встречается в природе в виде светло-серебристого редкоземельного металла. Выделяется высокой температурой плавления (1500°С) и слабой твердостью, что позволяет использовать материал при высокой температуре и облегчает его использование в люминофоре.
Изучив состав люминофора, необходимо изучить области применения электролюминесцентных и фотолюминесцентных люминофоров.
Электролюминесцентные люминофоры используются чаще всего в люминесцентных и светодиодных лампах. На данный момент уже установлена их эффективность по сравнению с лампами накаливания, так что в моей статье не будет рассмотрены данные люминофоры.
Фотолюминесцентные люминофоры используются в создании специальных порошков, которые могут использоваться в составе люминесцентных красок. Они обладают схожими свойствами, что и люминофоры, но могут быть нанесены на поверхность. В моей статье они будут рассмотрены подробнее.
Подводя итоги, мы изучили состав люминофора, из чего выявили положительные и негативные черты в использовании материала. Но необходимо сравнить краску с возможными альтернативными материалами, которые могут составить конкуренцию на рынке.
При исследовании сайта производителя люминофоров выяснилось, что наиболее выгодным материалом является люминофор под маркой ТАТ-33. Также на сайте указано, что данный материал создан из “самых чистых компонентов со степенью чистоты ОЧВ (особо чистые вещества), однородный, что обеспечивает равномерное свечение поверхности, заряжается от любых источников света, таких как солнце, ультрафиолет, обычная лампочка, фонарик, дневное освещение и затем светится в темноте автономно. Днем поверхность с нанесенной краской будет иметь беловатый оттенок, ночью будет светиться зеленым (салатовым).
Для сравнения используется стена из бетона площадью 12 м2 шириной 3 метра и длинной 4 метра в помещении с потолком и полом, не окрашена.
Люминофор будет сравниваться с качественной краской, как указано выше. Среди большого количества красок была выбрана краска “Dulux Vinyl Extra Matt”, так как она имеет хорошие характеристики, низкую цену среди качественных красок и много положительных отзывов людей. Расход краски составляет 12 м^2/л, но наносить ее необходимо в 2 слоя, иначе краска будет “ломаться” и опадать.
Техника очень схожа, потому что в составе краски есть лак. Поэтому материалы для отделочных работ будут одинаковыми. Для лака подойдет грунтовочный лак от фирмы “Ярославские краски”, так как он специально сделан под полиуретановые лаки, с расходом 13 л/м2. Шпатлевкой для лака будет материал фирмы “VGT Premium” финишная. Грунтовкой же для краски будет материал фирмы “Perel Risprim” с расходом 0.25 л/м2. Шпатлевкой краски будет “Текс 2 в 1” для бетона и гипсокартона с расходом 1 кг/м2.
Разобраны материалы для подготовки к покраске, которые будут в расчете эффективности использования люминофора. Таким образом, необходимо сравнить стоимость одного и другого ремонта без учета персонала, инструментов и расходных материалов (например, монтажный скотч, использующийся в отделочных работах). Итоги расчетов представлены в виде таблицы
В заключение, хочется сказать, что выявлено, что люминесцентная краска стоит дороже, нежели альтернативный метод оформления, которой является качественная краска, однако у люминофора есть свои преимущества. Во-первых, долговечность - краска на основе люминофора из алюмината стронция может быть работоспособной к свечению и цельной на протяжении 10 лет, в то время как краска, представленная в проекте, требует обновления каждые 5 лет. Во-вторых, яркость объекта - днем объект может иметь один цвет, а ночью может светиться ярким насыщенным цветом, что является положительной стороной. В-третьих, люминофор является термоустойчивым и может излучать послесвечение в экстремальных условиях, благодаря чему его можно использовать в средах с высокой температурой (вплоть до 1000°С), например в производстве.
